Modeling of soil dielectric properties. Application in sensor design for precision agriculture control systems

  1. GONZÁLEZ TERUEL, JUAN DOMINGO
Supervised by:
  1. Belén Toledo Director
  2. Roque Torres Sánchez Director

Defence university: Universidad Politécnica de Cartagena

Fecha de defensa: 09 November 2022

Committee:
  1. Pedro Antonio Nortes Tortosa Chair
  2. Honorio Navarro Hellín Secretary
  3. Agnieszka Szypłowska Committee member

Type: Thesis

Abstract

Resumen de la tesis: El agua es una sustancia clave para el desarrollo de la vida en La Tierra. Es por ello que la búsqueda de oportunidad de vida en otros planetas y satélites se basa en la presencia de agua en los mismos. La gestión ecológica del agua es necesaria para la sostenibilidad de los ecosistemas. Uno de los ecosistemas más amplios y donde el agua juega un papel más importante es el suelo, que alberga multitud de variedades de microorganismos cuya actividad, en parte resultante en la generación de nutrientes para el desarrollo de las especies vegetales, es totalmente dependiente del contenido de agua en el suelo. En zonas áridas y semiáridas, como es el caso de la cuenca Mediterránea, la escasez de agua supone un grave problema a la hora de gestionar los pocos recursos hídricos disponibles. En este caso, donde las condiciones geográficas son idóneas para el desarrollo de la agricultura, las soluciones pasan por una optimización de las técnicas de riego y un mayor control sobre los recursos hídricos. En este sentido, las técnicas de riego deficitario controlado se han mostrado exitosas en la reducción de la dotación hídrica a los cultivos en fases no críticas. Sin embargo, para realizar una aplicación prudente y eficiente de las mismas, resulta necesario monitorizar el estado hídrico de los cultivos, con el objetivo de que éstos no alcancen situaciones de estrés irreversible en términos de producción o estado vegetativo. Los indicadores que mayor información aportan sobre el estado hídrico de la planta suelen estar relacionados con variables medibles a partir de la propia planta, pero que son difícilmente automatizables debido a las operaciones de manejo asociadas. Este es el caso del potencial hídrico de tallo a mediodía medido con cámara de presión, considerado hasta la fecha como el indicador más fiable del estado hídrico de los cultivos en general. Es por ello que, para lograr una monitorización continua de esta variable, se busquen otras variables del continuo suelo-planta-atmósfera que puedan estar relacionadas y a partir de las cuales obtener una estimación indirecta. El suelo es la matriz de donde la planta adquiere la mayor parte del agua y los nutrientes que necesita para realizar la fotosíntesis. La relación entre el estado hídrico del suelo y el estado hídrico de los cultivos está más que demostrada. Sin embargo, la precisión alcanzada en los modelos de correlación entre ambos estados requiere de una mejora considerable para hacer un uso realmente fiable de los mismos, y esta mejora no solo pasa por encontrar mejores métodos de correlación, sino también por mejorar la precisión de las medidas obtenidas del suelo. Para monitorizar el estado hídrico del suelo, existen diversas metodologías que ofrecen parámetros medibles como el contenido de agua. El método de medida más extendido para monitorizar el contenido de agua en el suelo es a través del uso de sensores dieléctricos. Sin embargo, la precisión de los mismos está sujeta a diversos factores, entre ellos las características propias del suelo donde se instalan y su coste, relativamente alto para el pequeño y mediano agricultor, condicionando una implantación extensiva de la Agricultura de Precisión y limitando a veces la aplicación de algunos desarrollos únicamente a trabajos de investigación. Esta tesis, elaborada bajo la modalidad de compendio de publicaciones, aborda a través de cuatro artículos científicos la propuesta de soluciones accesibles para la medida del estado hídrico del suelo, con especial enfoque en el contenido de agua; explora las limitaciones y retos asociados con la calibración de los sensores dieléctricos de suelo; participa en la generación de nuevos conocimientos y propuestas para un mejor entendimiento del comportamiento del agua en el suelo y de su interacción con las ondas electromagnéticas; y establece nuevos enfoques y modelos que mejoran la predicción del estado hídrico de los cultivos a partir de medidas indirectas y automatizables en suelo y atmósfera. https://repositorio.bib.upct.es/handle/10317/11899